|
|
Запобігання утворення горючого середовища в закритих апаратах і ємностях із нерухомим та рухомим рівнем рідини забезпечується такими інженерно-технічними рішеннями:
- ліквідація пароповітряного простору;
- підтримання безпечного температурного режиму;
- використання високостійких пін, емульсій, добавок;
- введення негорючих (інертних) газів у газовий простір апарата (флегматизація);
- зменшення швидкості зміни рівня рідини шляхом збільшення числа апаратів, що одночасно спорожнюються;
- улаштування газової обв’язки синхронно працюючих апаратів.
Ліквідація пароповітряного простору. В апаратах та резервуарах з нерухомим рівнем рідини це досягається вибором їх лінійних розмірів, що забезпечують максимально можливе заповнення внутрішнього об’єму з наступним автоматичним регулюванням установленого рівня рідини. Але при цьому існує небезпека переливу рідини при переповненні апарата, а також руйнування апарата та розливу рідини за умов підвищення температури в повністю заповненому апараті.
Ліквідувати пароповітряний простір в апаратах можна за допомогою влаштування ємностей, в яких горючі рідини знаходяться під захисним шаром води, або над шаром води (рис.2.6, 2.7). Таким чином можна зберігати горючі рідини, що практично не змішуються з водою (наприклад, сірковуглець, нафтопродукти).
Рисунок 2.6- Зберігання горючої рідини під шаром води
Рисунок 2.7 – Зберігання горючої рідини над шаром води:
1 – корпус; 2 – горюча рідина; 3 – вода; 4 – лінія подачі горючої рідини; 5 - лінія відводу води; 6, 9 – приводи з блокуванням; 7 – витратна лінія горючої рідини; 8 – лінія подачі води на перекачування
В апаратах та резервуарах з рухомим рівнем рідини ліквідація пароповітряного простору досягається використанням резервуарів з плаваючими покрівлями, з понтонами, а також використанням ємностей із гнучкими внутрішніми оболонками (гумовотканинні резервуари), в яких немає умов для випаровування рідини.
Такі конструкції резервуарів дозволяють вирішити не тільки проблему забезпечення пожежної безпеки резервуарних парків, але і проблему захисту навколишнього середовища.
Плаваюча покрівля представляє собою порожнистий диск із сталевих листів товщиною 2-5 мм, вона не має жорстких зв’язків з корпусом резервуара, працює як самостійний елемент (піднімається та опускається) при зміні рівня рідини і одночасно виконує роль зовнішньої стаціонарної покрівлі (рис.2.8). Для того, щоб не допустити обертання плаваючої покрівлі, рух її здійснюється по направляючих пристроях, які запобігають її перекосу при аварійних ситуаціях (наприклад, при затопленні покрівлі). Діаметр плаваючої покрівлі менше внутрішнього діаметру резервуара. Кільцевий зазор між плаваючим диском та стінкою резервуара ущільнюють спеціальними затворами.
В результаті такої конструкції горюче середовище може утворитися тільки по зазору під ущільненням, а також в газовому просторі під покрівлею при зниженні рівня рідини нижче граничного нижнього положення диску, коли він опускається на опірні стійки.
Резервуари з понтонами, так само, як і резервуари з плаваючими покрівлями, відносяться до групи резервуарів, що не мають газового простору між рідиною та плаваючим понтоном. Всі резервуари з понтоном мають стаціонарну покрівлю (рис.2.9). Понтон плаває на поверхні рідини і не має металевих конструкцій, які були б жорстко пов’язані з корпусом. Нижнє положення понтона фіксується стійками, а верхнє – максимальним рівнем рідини. Між бортом понтона та корпусом резервуара є зазор шириною 150-200 мм, що запобігає можливому заклинюванню понтона. Для запобігання випаровуванню рідини зазор ущільнюють затворами.
Рисунок 2.8 - Резервуар з плаваючою покрівлею
1 - стінка; 2 - опорні стійки; 3 - плаваюча покрівля; 4 - направляючі; 5 - сходова драбина; 6 - катуча драбина
На відміну від резервуарів з плаваючими покрівлями, резервуари з понтонами мають підвищену пожежовибухонебезпеку через незначне накопичення парів горючих рідин в просторі над понтоном . Потрапляння парів в цей простір здійснюється, головним чином, за рахунок випаровування продукту, що залишається на стінках резервуара при опусканні понтона, а також із зони кільцевого зазору між стінкою резервуара та понтоном. Запобігання утворенню горючого середовища в резервуарі із понтоном можливе тільки за умов інтенсивного провітрювання простору над понтоном для зниження концентрації парів нижче нижньої концентраційної межі поширення полум’я.
Рисунок 2.9 - Резервуар з понтоном
1 - сходова драбина; 2 - покрівля; 3 - понтон; 4 - опорні стійки; 5 - центральна стійка; 6 - направляюча; 7 - стінка
Таким чином, резервуари з плаваючою покрівлею мають багато переваг. В порівнянні з типовими резервуарами, вони забезпечують різке скорочення втрат від випаровування (до 97%). Оскільки немає стаціонарного даху, скорочується витрата сталі на виготовлення резервуара (в порівнянні з резервуаром, що має понтон), майже повністю виключається небезпека утворення горючої пароповітряної суміші в основному об’ємі резервуара, не відбувається концентрований та потужний викид парів в атмосферу при наповненні резервуара, а також внаслідок незначної площі дзеркала рідини на початковій стадії пожежі, що виникає, різко скорочуються розміри полум’я та небезпечний тепловий вплив на сусідні резервуари. Використання еластичних оболонок-вкладишів дозволяє також запобігти утворенню пароповітряного простору в ємностях з горючими рідинами. У цьому випадку при заповненні ємності верхня частина оболонки плаває на поверхні рідини, а в спорожненій ємності оболонка-вкладиш лягає на днище, і при цьому стінки верхньої половини прилягають до стінок нижньої частини під дією атмосферного тиску. Підтримання безпечного температурного режиму. Одним із найбільш простих напрямків пожежної профілактики із запобігання утворення горючого середовища в апаратах та ємностях є дотримання безпечного температурного режиму їх експлуатації. При цьому температурний режим роботи апаратів повинен бути нижче нижньої або вище верхньої температурної межі поширення полум’я.
 > > (2.5)
В першому випадку (<) концентрація парів ( ) над рідиною завжди буде менше нижньої концентраційної межі поширення полум’я .
Практично це забезпечується використанням систем охолодження та обмеженням температури підігріву апаратів.
У другому випадку (> ) концентрація парів () усередині апарата завжди буде більше верхньої концентраційної межі поширення полум’я. Зрозуміло, що спеціально з цією метою рідину не нагрівають (це приводить до додаткових витрат тепла та підвищення тиску), але високі температури дуже часто необхідні для проведення технологічних процесів. Якщо робочі температури апаратів таких технологій (ректифікаційні колони, хімічні реактори, ємності із скрапленими горючими газами) значно перевищують верхню температурну межу поширення полум’я ( > ), то порушення температурного режиму в сторону зниження температури в цих апаратах може привести до утворення вибухонебезпечних сумішей.
Таким чином, робоча температура в апаратах та ємностях з легкозаймистими та горючими рідинами повинна систематично підтримуватися нижче нижньої та вище верхньої температурної межі поширення полум’я, що досягається завдяки системам автоматичного контролю та регулювання температурного режиму.
У цьому випадку буде підтримуватися вибухобезпечна концентрація горючих парів рідини й окислювача в суміші з урахуванням коефіцієнта безпеки [2]:
 < 0,9( - 0,7R) (2.6)
> 1,1( + 0,7R) (2.7)
де без - вибухобезпечна концентрація горючих речовин в газоповітряній суміші, % об;
R - відтворність методу визначення показника пожежної небезпеки при довірчій вірогідності 95% не повинна перевищувати 0,3% на нижній та 0,6% на верхній концентраційних межах поширення полум’я.
Слід ще раз зазначити, що ця методика справедлива лише при дотриманні умови рівномірного розподілу парів по всьому об’єму вільного простору, що у великих резервуарах може бути обумовлено конвекцією внаслідок перегріву поверхні рідини або бокової стінки, а в невеликих резервуарах з високою продуктивністю операцій – інтенсивним перемішуванням внаслідок руху повітряного середовища, що підсмоктується.
Використання високостійких пін, емульсій, добавок. В цьому випадку підбираються такі речовини та матеріали, введення яких в горючу рідину значно знижує її випаровуваність, і таким чином, зменшує кількість горючих парів у пароповітряному просторі апарата. Такі добавки не повинні руйнуватися, повинні плавати на поверхні рідини, створюючи при цьому необхідну товщу шару та герметизацію з корпусом апарата, а головне – бути негорючими і не впливати на фізико-хімічні властивості рідин. В якості таких речовин та матеріалів можуть бути використані: високостійкі піни, емульсії та порожнисті мікрокульки, що плавають на поверхні рідини і перешкоджають її випаровуванню; рідини, що можуть розчинятися в горючих рідинах, і таким чином, знижувати пружність парів та їх випаровуваність (наприклад, вода – для спиртів, ацетону, оцтової кислоти; чотирихлористий вуглеводень – для нафтопродуктів та сірковуглецю; спеціальні желатинуючі добавки – для авіаційного палива).
Використання вищезазначених методів дозволяє підтримувати в апаратах концентрацію парів горючих рідин за даною температурою нижче нижньої концентраційної межі поширення полум’я.
Флегматизація пароповітряного простору апаратів. Принцип безпеки в цьому випадку забезпечується шляхом введення в пароповітряний простір апаратів та ємностей негорючих газів (флегматизаторів).
Негорючі гази (азот, вуглекислий газ, аргон, водяна пара, вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння, димові топкові гази) розбавляють концентрацію окислювача (кисню повітря) над рідиною і, таким чином, погіршують горючі властивості середовища. За визначеної (флегматизуючої) концентрації інертного компонента зона пожежовибухонебезпечних концентрацій звужується майже до повної її ліквідації. Звичайно на практиці заміну кисню повітря флегматизатором здійснюють продувкою пароповітряного простору ємності флегматизатором з наступним видаленням газової суміші, що виходить, з іншої сторони ємності.
Слід зазначити, що немає необхідності видаляти весь кисень із пароповітряного простору ємності або апарата, а достатньо лише розбавити суміш негорючим газом до безпечної концентрації.
Згідно з [2] пожежовибухобезпечну концентрацію флегматизатора та окислювача в апараті визначають з урахуванням коефіцієнтів безпеки (2.8, 2.9)
> 1,1(  + 0,7 R) (2.8)
< 0,9( - 0,7 R) (2.9)
де та j О2,без – відповідно безпечна флегматизуюча концентрація флегматизатора та безпечна концентрація кисню в горючій суміші, % об;
та j О2 - відповідно мінімальна флегматизуюча концентрація флегматизатора та мінімальний вибухонебезпечний вміст кисню в горючій суміші, % об. Флегматизуючі концентрації інертних газів для сумішей різних горючих речовин з повітрям наведені в довідковій літературі [3].
Величина мінімального вибухонебезпечного вмісту кисню наводиться також в довідковій літературі або розраховується (при флегматизації середовища азотом) за формулою:
=  . (2.10)
де - стехіометричний коефіцієнт при кисню у рівнянні реакції згоряння одного моля горючої речовини.
Витрати інертного газу визначають за об’ємом газового простору апарата або за продуктивністю апарата.
Флегматизуюча дія інертних домішок детально вивчається в курсі „Теорія розвитку та припинення горіння”.
Улаштування газової обв’язки синхронно працюючих апаратів дозволяє виключити або зменшити потрапляння атмосферного повітря в апарат, що спорожнюється і, таким чином, запобігти утворенню вибухонебезпечних сумішей.
Газова обв’язка представляє собою систему трубопроводів, що поєднує газові простори апаратів або ємностей і призначена для перетоку пароповітряної суміші із апаратів, що наповнюються, в апарати, що синхронно спорожнюються (рис. 2.10).
Рисунок 2.10 - Газова обв’язка резервуарів з ЛЗР
1 – резервуари; 2 – лінії пароповітряної суміші; 3 – газгольдери; 4 – конденсатозбірник; 5 – насос для відкачування конденсату; 6 – вогнеперешкоджувачі на лініях пароповітряної суміші
В систему трубопроводів входять основний колектор та підвідні трубопроводи, що поєднують апарати з основним колектором. На кожному підвідному газопроводі влаштовуються вогнеперешкоджуючі вузли для запобігання поширенню пожежі із апарата в апарат та засувки для відключення апаратів газової обв’язки на випадок ремонту, аварії або пожежі. На випадок відсутності синхронізації між витратою та заповненням апаратів, а також для приймання надлишку пароповітряної суміші при підвищенні температури система газової обв’язки має газозбірник. Пароповітряна суміш з апаратів поступає в газозбірники, а при спорожненні апаратів або їх охолодженні знову повертається до апаратів. За відсутності газозбірника колектор пароповітряної суміші сполучають із загальною повітряною трубою, що має дихальний клапан та вогнеперешкоджувач.
При злагодженій роботі апаратів, коли закачування або викачування рідини здійснюється одночасно і в рівних кількостях, вірно запроектована газова обв’язка майже повністю запобігає потраплянню кисню повітря в апарати та викиду парів і газів у навколишнє середовище.
Газові обв’язки апаратів використовуються в резервуарних парках при зберіганні нафтопродуктів, причому їх можна споруджувати на діючих резервуарах без реконструкції резервуарного парку. Але аналіз пожеж в резервуарних парках показує, що такі системи можуть бути шляхами швидкого поширення вогню зразу на декілька резервуарів, в результаті чого вже на початковій стадії пожежа приймає особливо великих розмірів.
Таким чином, пожежно-профілактичні заходи проти утворення горючого середовища усередині технологічного обладнання з нерухомим та рухомим рівнем рідини повинні бути направлені перш за все на ліквідацію в апаратах пароповітряного простору, на дотримання концентрації горючих парів за пожежовибухонебезпечними межами та на запобігання потраплянню окислювача до апаратів.
|